KR102359955B1 - 자기장 제어를 이용한 mr 유체 기반의 소음 흡음장치 - Google Patents

자기장 제어를 이용한 mr 유체 기반의 소음 흡음장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부에서 발생되는 각종 소음으로 인한 피해와 불편을 방지하고자 건물의 벽체 또는 층간에 형성되어 자기장 제어를 통해 MR 유체의 미립자 배열 각도를 조절하여 다양한 범위를 가진 소음의 주파수 대역을 선택적으로 흡음하여 외부에서 발생되는 각종 소음을 차단하는 발명에 관한 것이다.

Description

자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 소음 흡음장치{A noise sound absorbing device of MR fluid base by using magnetism control}
본 발명은 외부에서 발생되는 각종 소음으로 인한 피해와 불편을 방지하고자 건물의 벽체 또는 층간에 형성되어 자기장 제어를 통해 MR 유체의 미립자 배열 각도를 조절하여 다양한 범위를 가진 소음의 주파수 대역을 선택적으로 흡음하여 외부에서 발생되는 각종 소음을 차단하는 기술에 관한 것이다.
현대사회는 나날이 기술이 발달하면서 우리 생활도 편리하고 윤택해지고 있어 과거에 비교해서 삶의 질 향상에 초점을 둔 많은 생활기술들이 개발되어 발전되고 있는 추세이다.
특히, 21세기는 세계적으로 인구 이동의 추세가 대도시를 중심으로 한 도시화이며 인구 1,000만 명을 초과하는 초거대 도시권들도 계속 증가하고 있는데, 우리나라의 경우에도 서울을 중심으로 인천을 포함한 수도권과 함께, 부산, 대구, 광주, 대전도 각각 주변의 인접 시군을 포함하는 광역 생활권이 지역별로 조성되었다.
이러한 대도시들은 한정된 지역에 많은 인구가 거주해야 하기 때문에, 신도심은 예외 없이 고층아파트, 주상복합빌딩들 위주로 건축되고 있으며 기존의 구도심도 고층 건물들을 건설하여 재개발하고 있는 실정이다.
하지만, 이런 고층아파트, 주상복합빌딩이 증가함과 동시에, 입주자들간의 소음 문제로 인한 사회적 분쟁과 갈등도 깊어지고 있다.
한편, 소음 문제의 원인은 배려심이 부족한 입주자로 인한 인위적인 소음 발생과 입주자마다 개별적으로 느끼는 소음의 기준이 다양하다는 인적인 요소뿐만 아니라 건물 시공 시에 기준치를 만족하지 못하는 방음재를 설치한 구조적인 요소도 있다.
이때, 소음의 기준은 낮은 40dB이고, 밤은 35dB인데, 사람이 120dB를 초과하는 소음을 듣게 되면 청력을 영구적으로 손상을 입게 되며, 80dB이상을 초과하는 소음을 지속적으로 듣게 되면 서서히 청력을 손상 받게 된다.
따라서 상기와 같이 심각한 소음 문제를 효과적으로 해결할 기술개발이 필요하게 되었으며, 다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1175930호 능동방음벽 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0104510호 소음방지재 3. 대한민국 등록특허공보 제10-1802506호 흡음 재료 임피던스 특성 및 확장 성능 테스트 장치 및 테스트 방법
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명은 외부에서 발생되는 각종 소음으로 인한 피해와 불편을 방지하고자 건물의 벽체 또는 층간에 형성되어 자기장 제어를 통해 MR 유체의 미립자 배열 각도를 조절하여 다양한 범위를 가진 소음의 주파수 대역을 선택적으로 흡음하여 외부에서 발생되는 각종 소음을 차단하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 소음 흡음장치는,
외부에서 전달되는 소음을 수집하는 음파수집수단(100)과;
상기 음파수집수단(100)을 통해 수집된 소음의 주파수와 세기를 측정 분석하여 흡음수단(300)으로 제공하는 소음분석수단(200)과;
상기 소음분석수단(200)으로부터 제공된 소음의 주파수와 세기에 따라 자기장의 방향과 세기를 제어하여 선택적으로 소음을 흡음 처리하는 흡음수단(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 외부에서 발생되는 각종 소음으로 인한 피해와 불편을 방지하고자 건물의 벽체 또는 층간에 형성되어 자기장 제어를 통해 MR 유체의 미립자 배열 각도를 조절하여 다양한 범위를 가진 소음의 주파수 대역을 선택적으로 흡음하여 외부에서 발생되는 각종 소음을 차단하 때문에, 소음으로 인한 피해와 불편이 감소되어 소음 문제로 발생되는 각종 사회적 분쟁과 갈등도 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자기장의 인가 방향과 강도에 따라 물성이 변하는 MR 유체의 특성을 이용하기 때문에 종래 기술에 적용된 소리의 회절 방식 보다 더 넓은 대역의 주파수 및 방향별로 소음을 가변적으로 흡음하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 개념도
도 2는 본 발명의 구성 블록도
도 3은 본 발명의 세부 구성도
도 4는 본 발명의 단면도
도 5는 본 발명의 자기장 변경부와 흡음부의 세부 구성도
도 6은 본 발명의 자기장 변경부의 작동 상태도
도 7은 본 발명의 MR 유체가 자기장에 따라 변화되는 상태 이미지
본 발명의 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 선택적 주파수 흡음장치(이하 '흡음장치')는, 외부에서 발생되는 각종 소음으로 인한 피해와 불편을 방지하고자 건물의 벽체 또는 층간에 형성되어 자기장 제어를 통해 MR 유체의 미립자 배열 각도를 조절하여 다양한 범위를 가진 소음의 주파수 대역을 선택적으로 흡음하여 외부에서 발생되는 각종 소음을 감소하기 때문에, 소음으로 인한 피해와 불편이 감소되어 소음 문제로 발생되는 각종 사회적 분쟁과 갈등도 해결할 수 있는 발명이다.
따라서 본 발명의 흡음장치(10)는, 도 2와 같이, 음파수집수단(100), 소음분석수단(200), 흡음수단(300)을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 본 발명의 자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 소음 흡음장치는,
외부에서 전달되는 소음을 수집하는 음파수집수단(100)과;
상기 음파수집수단(100)을 통해 수집된 소음의 주파수와 세기를 측정 분석하여 흡음수단(300)으로 제공하는 소음분석수단(200)과;
상기 소음분석수단(200)으로부터 제공된 소음의 주파수와 세기에 따라 자기장의 방향과 세기를 제어하여 선택적으로 소음을 흡음 처리하는 흡음수단(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 3, 4를 참조하면, 상기 음파수집수단(100)은 외부에서 전달되는 소음들을 수집하여 소음분석수단(200)으로 제공하는 구성으로, 일종의 마이크와 같은 소리 입력 수단이다.
이때, 상기 음파수집수단(100)을 통해 수집되는 소음의 종류는 사람의 말소리와 아이들 노는 소리, 동물 소리와 같은 생물학적 소음뿐만 아니라 공구소리, 악기소리, 자동차소리와 같은 기계적 소음을 포함한다.
상기 음파수집수단(100)은 상술한 생물학적 소음과 기계적 소음 등을 수집하여 소음분석수단(200)으로 제공한다.
상기 음파수집수단(100)은 외부로 노출될 수 있도록 벽체(20)에 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 소음분석수단(200)은 음파수집수단(100)을 통해 수집된 다양한 소음들의 주파수와 세기를 측정 분석하는 소리 분석용 장치로서, 분석된 소음들의 고유 주파수와 세기 정보를 분석하여 흡음수단(300)으로 제공한다.
즉, 소음분석수단(200)은 음파수집수단(100)이 제공하는 각종 소음을 분석하여 소음별 고유 주파수(㎐)와 세기(dB)에 대한 정보를 흡음수단(300)으로 제공한다.
따라서 상기 소음분석수단(200)은 외부에서 전달되는 소음들을 분석한 정보를 흡음수단(300)으로 제공하여, 흡음수단(300)이 MR 유체를 조절하여 효과적으로 소음을 흡음하도록 한다.
도 4를 참조하면, 상기 흡음수단(300)은 음분석수단(200)으로부터 제공된 소음의 주파수와 세기에 따라 자기장의 방향과 세기를 제어하여 선택적으로 소음을 흡음 처리하는 구성으로, 흡음제어부(310), 자기장변경부(320), 흡음부(330)를 포함하여 구성된다.
상기 흡음제어부(310)는 소음분석수단(200)이 제공한 소음의 주파수와 세기에 따라 자기장의 방향과 세기가 변경 되도록 하는 제어신호를 자기장변경부(320)로 제공한다.
즉, 상기 흡음제어부(310)가 자기장변경부(320)로 제공하는 제어신호에 따라 자기장변경부(320)의 회전조절부(322)의 회전 각도가 조절되고, 자기장변경부(320)의 영구자석(324)이 이동 거리가 조절된다.
도 4, 5를 참조하면, 상기 자기장변경부(320)는 흡음제어부(310)으로부터 제공된 제어신호에 따라 흡음부(330)를 구성하는 MR 유체(Magneto-Rheoloical Fluid)에 가해지는 자기장의 방향과 세기를 변경하도록 하는 구성으로, 회전링(321), 회전조절부(322), 거리조절부(323), 영구자석(324)을 포함하여 구성된다.
상기 회전링(321)은 링 형상으로 형성되어 회전조절부(322)의 내측에 회전이 되도록 삽입되고, 도 6의 하단 그림과 같이, 상기 회전링(321)은 흡음제어부(310)의 제어신호에 의해 회전조절부(322)의 내측에서 회전되는 구성이다.
이때, 상기 회전링(321)의 상호 대향되는 2곳에는 영구자석(324)이 각각 형성되어 자기장이 흡음부(330)를 향하도록 한다.
상기 회전조절부(322)는 내측에 링 형상의 회전링(321)이 삽입 설치될 수 있도록 링 형상으로 형성되는 구성으로서, 삽입된 회전링(321)이 회전할 수 있도록 하는 회전 지지체 역할을 한다
도시되지는 않았지만, 회전조절부(322) 내부에는 흡음제어부(310)가 제공한 제어신호에 따라 회전링(321)을 일정 각도록 회전시키는 회전 구동부가 형성된다.
상기 흡음제어부(310)가 회전조절부(322)로 제공하는 제어신호는 차단하고자 하는 소음의 주파수에 대응된 회전 각도로 회전링(321)이 회전되도록 하는 신호이고, 상기 회전조절부(322)는 흡음제어부(310)의 제어신호에 따라 회전링(321)의 회전 각도를 조절하여 회전링(321)에 설치된 영구자석에 의한 자기장 방향을 조절하는 구성이다.
따라서 상기 회전조절부(322)에 의해 회전링(321)이 일정 각도로 회전되면, 회전 각도에 따라 영구자석(324)의 자기장 방향이 변하고, 이로 인해 흡음부(330)를 구성하는 MR 유체의 철 미립자 배열 방향이 자기장 방향에 대응하여 변하게 되는 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 회전링(321)의 상호 대향되는 2곳에 영구자석(324)이 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 거리조절부(323)는 영구자석(324)이 형성되는 회전링(321)의 상호 대향되는 2곳에 형성되어, 흡음제어부(310)의 제어신호에 따라 회전링(321)에 형성된 영구자석(324)을 이동시켜 영구자석(324)과 흡음부(330)와의 거리를 조절하여 흡음부(330)에 가해지는 자기장 세기를 조절한다.
따라서 상기 거리조절부(323)는 영구자석(324)을 전진시키거나 후진시켜 상기 영구자석(324)과 흡음부(330)와의 거리를 조절하는 것에 의해, 상기 흡음부(330)에 포함된 MR 유체에 가해지는 자기장 세기가 조절되도록 한다.
이때, 상기 흡음제어부(310)가 거리조절부(323)로 제공하는 제어신호는 차단하고자 하는 소음의 세기가 클수록 영구자석(324)과 흡음부(330)와의 거리가 가까워지도록 제어하는 신호이다.
도 4를 참조하면, 상기 흡음부(330)는 자기장변경부(320)의 영구자석(324)에 의해 가해지는 자기장의 세기와 방향에 따라 물성이 변해 소음을 선택적으로 흡음하는 구성으로, 용기(331)와 MR 유체(332)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 용기(331)는 MR유체를 내부에 수용하는 일정 크기의 용기로서, 내부에 수용된 MR유체(332)의 하중과 외부에서 전달되는 충격과 진동도 충분히 견딜 수 있는 재질과 두께가 적용되어야 한다.
이때, 상기 MR유체(332)는 오일과 미세한 철 입자가 포함된 용액으로, 용기(331) 내부에 수용되는 용액이다.
즉, 상기 MR유체(Magneto-Rheoloical Fluid)는 자기 유변 유체라고도 불리며, 외부에서 가해지는 자기장에 따라 그 물성이 변하는 구성으로서, 구체적으로는 외부에서 가해지는 자기장의 방향에 따라 미세한 철 입자들의 배열 방향이 변하고, 외부에서 가해지는 자기장의 세기에 따라 미세한 철 입자들의 배열 밀집도가 변하는 물성을 갖는다.
따라서 상기 MR유체(332)는 외부에서 자기장이 가해지지 않는 평상시에는, 도 7의 1번 그림과 같이, 미세 철입자들의 배열이 불규칙하다.
하지만, 도 7의 2, 3번 그림과 같이, 외부에서 자기장이 가해지면 내부의 미세 철 입자들이 가해지는 자기장의 방향과 세기에 따라 그 배열 방향과 배열 밀집도가 변하게 된다.
예를 들어, 외부에서 전달되는 소음에 사람 소음과 기계적 소음이 있는 경우, 사람 소음은 통과시키고 기계적 소음은 차단하고자 하는 경우, 도 7의 차단상태 1과 같이 MR유체(332)에 가해지는 자기장의 방향을 변경하면 주파수 선택성에 의해 사람 소음은 통과되고 기계적 소음은 차단된다.
또한 예로, 외부에서 전달되는 소음에 사람 소음과 기계적 소음이 있는 경우, 사람 소음과 기계적 소음 모두를 차단하고자 하는 경우, 도 7의 차단상태 2와 같이 MR유체(332)에 가해지는 자기장의 방향을 변경하면 주파수 선택성에 의해 사람 소음과 기계적 소음 모두가 차단된다.
이때, 외부에서 전달되는 소음의 크기가 큰 경우, 영구자석(324)을 MR유체(332)에 근접시켜 MR유체(332)에 가해지는 자기장의 세기를 크게 하면 MR유체(332)속 미세 철 입자들의 배열 밀집도가 커져 외부에서 전달되는 큰 소음도 차단할 수 있게 된다.
결국, 본 발명에 의하면 외부에서 전달되는 소음의 종류에 따라 MR유체(332)에 가해지는 자기장의 방향과 세기를 조절하여 MR유체(332)의 물성을 변화시킴으로서, 각기 다른 주파수를 갖는 소음을 MR유체(332)의 물성 변화에 따른 주파수 선택성을 이용하여 선택적으로 차단할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 흡음장치
20 : 벽체
100 : 음파수집수단
200 : 소음분석수단
300 : 흡음수단

Claims (5)

  1. 자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 소음 흡음장치에 있어서,
    외부에서 전달되는 소음을 수집하는 음파수집수단(100)과;
    상기 음파수집수단(100)을 통해 수집된 소음의 주파수와 세기를 측정 분석하여 흡음수단(300)으로 제공하는 소음분석수단(200)과;
    상기 소음분석수단(200)으로부터 제공된 소음의 주파수와 세기에 따라 자기장의 방향과 세기를 제어하여 선택적으로 소음을 흡음 처리하는 흡음수단(300)을 포함하되,

    상기 흡음수단(300)은,
    소음의 주파수와 세기에 따라 자기장의 방향과 세기가 변경 되도록 하는 제어신호를 자기장변경부(320)로 제공하는 흡음제어부(310)와,
    상기 흡음제어부(310)으로부터 제공된 제어신호에 따라 흡음부(330)에 가해지는 자기장의 방향과 세기를 변경하는 자기장변경부(320)와,
    자기장변경부(320)에 의해 가해지는 자기장의 세기와 방향에 따라 물성이 변해 소음을 선택적으로 흡음하는 흡음부(330)를 포함하고,

    상기 자기장변경부(320)는,
    링 형상의 회전링(321)과,
    흡음제어부(310)의 제어신호에 따라 회전링(321)의 회전 각도를 조절하여 흡음부(330)에 가해지는 자기장 방향을 조절하는 회전조절부(322)와,
    흡음제어부(310)의 제어신호에 따라 회전링(321)에 형성된 영구자석(324)을 이동시켜 영구자석(324)과 흡음부(330)와의 거리를 조절하여 흡음부(330)에 가해지는 자기장 세기를 조절하는 거리조절부(323)와,
    회전링(321)의 상호 대향되는 2곳에 형성되는 영구자석(324)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 소음 흡음장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡음제어부(310)가 회전조절부(322)로 제공하는 제어신호는,
    차단하고자 하는 소음의 주파수에 대응된 회전 각도로 회전링(321)이 회전되도록 하는 신호이고,
    상기 흡음제어부(310)가 거리조절부(323)로 제공하는 제어신호는,
    차단하고자 하는 소음의 세기가 클수록 영구자석(324)과 흡음부(330)와의 거리가 가까워지도록 하는 신호인 것을 특징으로 하는 자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 소음 흡음장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡음부(330)는,
    MR유체 용액을 수용하는 일정 크기의 용기(331)와,
    상기 용기(331)에 수용되는 MR유체(332)을 포함하고,
    상기 MR유체(332)는,
    오일과 미세 철 입자가 포함된 용액이고, 가해지는 자기장의 세기와 방향에 따라 미세 철 입자의 배열이 변하는 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 자기장 제어를 이용한 MR 유체 기반의 소음 흡음장치.
KR1020200023090A 2020-02-25 2020-02-25 자기장 제어를 이용한 mr 유체 기반의 소음 흡음장치 KR102359955B1 (ko)

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